4.2.1 Lihasmassa
Yksi selkeimmin huomattavista ikääntymisen muutoksista on lihasmassan ja lihaksen poikkipinta-alan väheneminen (Lexell 1995). Suhteellinen lihasmassa laskee kolmannesta vuosikymmenestä alkaen, mutta selkeä muutos absoluuttisessa lihasmassassa on nähtävissä vasta viidennen vuosikymmenen aikana (Janssen ym. 2000). Luustolihasmassa laskee 30 ikävuoden jälkeen keskimäärin kolmesta kahdeksaan prosenttia vuosikymmenen aikana (Fragala ym. 2015) ja arviolta noin 1–2 prosentin vuosivauhtia 50 ikävuoden jälkeen (Rolland ym. 2008; Lightfoot ym. 2014). Lihasten surkastuminen näyttää olevan suurempaa ala- kuin yläraajoissa (Janssen ym. 2000; Ikozoe ym. 2011; Kubo ym. 2013). Ikozoe ym. (2011) huomasivat myös alaraajoja tarkastellessaan ikääntymiseen liittyvien lihasten surkastuminen olevan pienintä leveässä kantalihaksessa, jonka paksuus ei eronnut tilastollisesti merkittävästi nuorilla ja vanhoilla koehenkilöillä. Kubo ym. (2013) tulokset ovat samansuuntaiset, sillä uloimman reisilihaksen paksuus väheni selkeästi mediaalista kaksoiskantalihasta enemmän.
Tämä viittaa siihen, että plantaarifleksorit kärsivät vähemmän iän tuomista muutoksista (Kubo ym. 2013). Suhteellisen pieni surkastuminen saattaa johtua plantaarifleksoreiden, etenkin leveän kantalihaksen, merkityksestä posturaalisessa toiminnassa ja näiden lihasten lihassolutyyppiin liittyvistä ominaisuuksista (Ikozoe ym. 2011). Vakavammassa
33
ikääntymiseen liittyvässä atrofiassa näyttäisi kuitenkin siltä, että lihaksen histokemia muuttuu niin paljon, että nopeiden lihassyiden lisäksi myös hitaat surkastuvat (Purves-Smith ym.
2014).
Iän myötä lihasmassaa häviää progressiivisesti, korvautuen osittain rasvalla ja sidekudoksella (Lexell 1995; Perrini ym. 2010). Lexell ym. (1988) mukaan 20-vuotiailla miehillä 70
prosenttia uloimmasta reisilihaksesta koostui lihassoluista, kun taas 80-vuotiailla enää vain puolet oli lihassoluja. Fragalan ym. (2015) mukaan lihaksen rasvoittuminen heikentää lihasvoimaa ja fyysistä suorituskykyä poikkipinta-alasta riippumatta. Se myös heikentää lihaksen supistumis- ja toimintakykyä iäkkäillä (Fragala ym. 2015).
4.2.2 Lihaksen rakenne
Ikään liittyy lihassolujen määrän lasku, joka vaikuttaa erityisesti nopeisiin tyypin II
lihassoluihin (Kamel ym. 2002; Drey 2011; Fragala ym. 2015). Lihassolujen väheneminen alkaa 25 ikävuoden jälkeen ja kiihtyy edetessään (Lexell 1995). Esimerkiksi uloimman reisilihaksen mediaaliosassa on nähtävissä 25 prosenttia vähemmän lihassyitä 72-vuotiaana 30-vuotiaaseen verrattuna (Fragala ym. 2015). Myös lihassolujen koko, etenkin nopeiden solujen osalta, laskee (Lexell 1995; Roos ym. 1997; Kamel ym. 2002; Snijders ym. 2009;
Nilwik ym. 2013; Fragala ym. 2015). Iän myötä tapahtuva tyypin II lihassolujen poikkipinta-alan laskua on nähtävissä niin ala- kuin ylävartalossa (Roos ym. 1997). Esimerkiksi nelipäisen reisilihaksen poikkipinta-ala on iäkkäillä noin 14 prosenttia pienempi, mutta tyypin II
lihassolun koko samassa lihaksessa on kooltaan 29 prosenttia pienempi nuoriin verrattuna (Nilwik ym. 2013). Selviytyneet lihassolut kykenevät osittain kompensoimaan menetettyä kapasiteettia (Frontera ym. 2008). Lihassyiden kokonaismäärän väheneminen ja tyypin II solujen suhteellisen osuuden lasku johtaa fenotyypiltään hitaampaa lihakseen, jonka maksimaalinen voimantuotto ja voimantuoton nopeus on alentunut (Lightfoot ym. 2014).
Näyttää siltä, että tyypin II solujen poikkipinta-alan lasku vaikuttaa erityisesti lihaksen tehon laskuun (Roos ym. 1997). Seurauksena lihasten teho heikkenee lihasvoimaa nopeammin ikääntyessä (Drey 2011). Drey (2011) mukaan tämä on kliinisesti merkittävää, sillä juuri lihaksen tehon on osoitettu olevan voimaa tärkeämpi tekijä fyysisen suorituskyvyn kannalta.
Erityisesti tyypin II solujen surkastumisen ennaltaehkäisy ja hoito tulisivatkin olla
34
ensisijaisena tavoitteena suunniteltaessa tehokkaita sarkopeniaan kohdistuvia interventioita (Nilwik ym. 2013).
Luurankolihasten lihassolujen jaottelu perustuu kolmeen niiden sisältämiin myosiinin raskasketjujen proteiini-isoformeihin (MHC I, IIA ja IIX) (Smerdu ym. 1994; Schiaffino &
Reggiani 1996; Andersen & Aagaard 2000). Lihassoluissa on myös nähtävissä näiden isoformien erilaisia sekoituksia (Schiaffino & Reggiani 1996; Andersen ym. 1999; Andersen
& Aagaard 2000; Andersen 2003). Andersenin (2003) mukaan yhdistelmien määrä näyttäisi kasvavan ikääntyessä, erityisesti MHC I:n ja IIA:n sekatyypin osalta. Vanhempien yksiöiden lihassolutyppit eivät siis välttämättä ole puhtaasti tyypin I tai II soluja vaan pikemminkin niiden sekamuotoja (Andersen 2003). Myös vuodelepo näyttäisi kasvattavan ikääntymisen tavoin MHC-sekalaatuisten lihassolujen määrää (Andersen ym. 1999).
Lihaksen paksuuden ja pennaatiokulman välillä näyttäisi olevan selkeä yhteys (Kawakami ym. 1993). Ikääntyessä lihaksen paksuus ja pennaatiokulma laskevat merkittävästi
uloimmassa reisilihaksessa, ja jonkin verran mediaalisessa kaksoiskantalihaksessa (Kubo ym.
2013). Lihashypertrofisella harjoittelu voidaan kuitenkin vaikuttaa lihaksen koon ja voiman lisäksi sen arkkitehtuurin muutoksiin, kuten pennaatiokulmaan (Kawakami ym. 1995).
4.2.3 Lihasvoima ja proteiinisynteesi
Iän myötä myös terveiden ja aktiivisten yksilöiden lihasvoima sekä fyysinen suorituskyky laskevat (Pisciottano ym. 2014). Toimiva voimantuotto on kuitenkin olennainen osa tervettä lihaksen toimintaa (Hughes ym. 2015). Viidenkymmenen ikävuoden jälkeen voiman lasku on noin puolitoista prosenttia vuosittain kiihtyen 60 ikävuodesta eteenpäin kolmeen prosenttiin vuodessa (Rolland ym. 2008). 70–80-vuotiaiden miesten ja naisten lihasvoimat osoittavat keskimäärin 20–40 prosentin maksimaalisen isometrisen voiman alenemista nuoriin aikuisiin verrattuna (Roos ym. 1997). Lihasvoima on lihasmassaa merkittävämpi mittari tulisi olla iäkkäiden fyysistä suorituskyvyn kannalta, sillä lihasvoima ja -teho ovat massaa vahvemmin yhteydessä ikääntyneiden fyysiseen suorituskykyyn (Pisciottano ym. 2014).
35
Sarkopeniaan liittyy muutos, jossa lihasproteiinin hajoaminen nousee lihasproteiinisynteesiä suuremmaksi (Churchward-Venne ym. 2014). Heikentynyt proteiinisynteesi vaikuttaa lihaksen supistumiskykyyn, voimaan ja proteiinien laatuun (Fragala ym. 2015).
Proteiinisynteesi alenee iäkkäillä (Kamel ym. 2002; Rolland ym. 2008; Fragala ym. 2015), mutta on kiistanalaista missä määrin tämä voi johtua ravitsemuksesta ja liikunnan puutteesta (Rolland ym. 2008; Rosenberg 2011).
4.2.4 Hormonaaliset ja tulehdukselliset tekijät
Rollandin ym. (2008) mukaan ikään liittyy usein hormonaalisia muutoksia, jotka voivat vaikuttaa lihasmassaan ja -voimaan. Insuliini, estrogeenit, androgeenit, kasvuhormoni, prolaktiini, kilpirauhashormonit, katekoliamiinit ja kortikosteroidit voivat olla mukana sarkopenian taustalla, mutta niiden tarkkaa mekanismia tai vaikutuksen suuruutta luurankolihaksiin aikuisiällä tai vanhuudessa ei tarkkaan tunneta (Rolland ym. 2008).
Ikääntyessä anabolisten hormonien määrä laskee ja katabolisten kasvaa (Drey 2011).
Kasvuhormoni (growth hormone, GH) säätelee useita tärkeitä prosesseja, kuten somaattista kasvua ja kehitystä sekä hiilihydraatti- ja rasva-aineenvaihduntaa suoraan tai epäsuorasti insuliinin kaltaisen kasvutekijä 1 (insulin-like growth factor 1, IGF-1) kautta (Perrini ym.
2010). Pitkäaikaisissa kasvuhormonikorvaushoitotutkimuksissa onkin todettu, sen suojaavan normaaliin ikääntymiseen liittyvältä lihasvoiman, neuromuskulaarisen toiminnan ja
luumassan laskulta, vaikka hoidon teho laskee selkeästi yli 60-vuotiailla (Perrini ym. 2010).
GH:n ja IGF-1:n signalointireitit ovat tärkeitä niin lihas- kuin luusolujenkin selviytymisen ja toiminnan kannalta (Perrini ym. 2010). Ikääntymiseen näyttäisi liittyvän GH:n ja IGF-1:n tuotannon lasku, joka edelleen voi myötä vaikuttaa sarkopeniaan (Kamel ym. 2002).
Sarkopeniaan liittyy usein alentunut sukupuolihormonien taso (Drey 2011), jotka liittyvät usein kehonkoostumuksellisiin muutoksiin, mutta myös lihasvoiman muutoksiin (Kamel ym.
2002). On oletettavaa, että myös lihaksen kyky vastata hormonaaliseen stimulukseen laskee (Volpi ym. 2004).
Lihaskudoksen reagoi myös soluvälittäjäaineisiin eli sytokiineihin, joiden tuotannon taso muuttuu ikääntyessä (Drey 2011). Ikääntymisen aikana nisäkkäillä on nähtävissä krooninen, matalatehoinen systeeminen inflammaatio, jolle on ominaista useiden verenkierrollisten
pro-36
inflammatoristen sytokiinien kasvu (Rolland ym. 2008; Lightfoot ym. 2014). Samalla anti-inflammatorisissa tekijöissä, kuten interleukiini-10:ssä (IL-10) näyttäisi tapahtuvan laskua (Lightfoot ym. 2014). Niin lisääntynyt rasvamassa kuin alentuneet verenkierrolliset sukupuolihormonit myötävaikuttavat ikääntymisen tulehdusreaktiota (Rolland ym. 2008).
Näyttäisi siltä, että proinflammatoriset sytokiinit vaikuttavat ainakin lihasproteiinin kokonaismäärän laskuun, lisäten kataboliaa ja atrofiaa sekä laskien satelliittisoluvälitteistä hypertrofiaa (Lightfoot ym. 2014). Säännöllisellä liikunnalla voidaan kuitenkin positiivisesti vaikuttaa tulehdusarvoihin (Drey 2011).
4.2.5 Mitokondrio
Mitokondrion rooli ikääntyessä on kiistanalainen (Rolland ym. 2008). Johnson ym. (2013) mukaan tarkkaa tietoa siitä, miten ikääntyminen vaikuttaa mitokondrioon ja miten ikääntynyt mitokondrio vaikuttaa luustolihasten toimintaan, ei tiedetä. Lihaskudosnäytteiden perusteella näyttäisi kuitenkin siltä, että osa mitokondrion sisällöstä vähenee ikääntyessä (Johnson ym.
2013). Iän myötä mitokondriaalinen DNA-pitoisuus (Volpi ym. 2004; Drey 2011) ja proteiinisynteesi alenevat johtaen mitokondrion tuottamien proteiinien laskuun (Volpi ym.
2004; Drey 2011; Johnson ym. 2013). Tämän lisäksi tuotettujen proteiinien aktiivisuus näyttäisi olevan heikentynyt (Drey 2011). Redox-signaloinnissa tapahtuu selkeitä muutoksia ikääntymisen aikana (Lightfoot ym. 2014), ja luustolihasta suojaavien “stressiproteiinien”
vaste näyttäisi heikkenevän. Sarkopeninen lihas vaikuttaisi olevan alttiimpi stressireaktioille, erityisesti reaktiivisille happiradikaaleille (Johnson ym. 2013). Mitokondrioiden
toimintakapasiteetin ollessa suurempi, se kykenee paremmin vastaamaan oksidatiiviseen stressiin (Crescenzo ym. 2015). Mitokondriaalisen DNA-pitoisuuden lasku, heikentynyt proteiinisynteesi ja proteiinien aktiivisuus voivat näin ollen olla yhteydessä vapaiden radikaalien kasvuun ja oksidatiivisiin DNA-vaurioihin (Drey 2011). Hiirillä oksidatiivisia vaurioita on todettu ainakin DNA:ssa, lipideissä ja proteiineissa (Lightfoot ym. 2014).
Ikä saattaa kuitenkin olla toissijaista suhteessa liikunnan vähäisyyteen, sillä mitokondrion entsyymien toiminta ja määrällinen proteomiikka laskevat erityisesti inaktiivisilla ikääntyvillä henkilöillä (Johnson ym. 2013). Venturelli ym. (2014) toteavat, että luustolihasten vapaiden radikaalien kasvu ei näyttäisi olevan seurausta vanhenemisesta, vaan todennäköisemmin
37
lihasten käyttämättömyydestä. Heidän tutkimustuloksensa osoitti, että ylä- ja alaraajojen luurankolihasten telomeerit, kromosomien päissä toistuvat DNA-jaksot, lyhenevät eri nopeudella. Tämä viittaisi siihen, että telomeerien lyheneminen on vahvemmin yhteydessä inaktiivisuuteen kuin kronologiseen ikään (Venturelli ym. 2014). Fyysisen aktiivisuuden ja telomeerien pituus on kuitenkin ristiriitainen, sillä Jantunen kumppaneineen (2019)
havaitsivat iäkkäillä naisilla käänteisen suhteen fyysisen aktiivisuuden ja telomeerien pituuden välillä. Mitä korkeampi lähtötason aktiivisuus oli, sitä suurempaa oli telomeerien lyheneminen seurannan aikana. (Jantunen ym. 2019.)
4.2.6 Hermo-lihastoiminta ja lihaksen uusiutumiskyky (satelliittisolut)
Myös hermolihasjärjestelmän toiminnalla saattaa olla merkitystä sarkopenian synnyssä (Drey 2011). Alfamotoneuronien eli luustolihaksia hermottavien hermosolujen (Rolland ym. 2008;
Rosenberg 2011) ja toimivien motoristen yksiköiden määrä laskee iän myötä (Roos ym. 1997;
Volpi ym. 2004; Drey 2011). Motoneuronien määrä laskee yhdessä suurien ja keskikokoisten etujuuren neuronien kanssa (Kamel ym. 2002). Muutokset selkäytimen etusarvessa sekä perifeerisissä aksoneissa voivat merkittävästi vaikuttaa lihaksen surkastumiseen (Drey 2011).
Rollandin ym. (2008) mukaan alentunut hermoston johtumisnopeus, liittyen suurimpien ratojen vähentymiseen, vaikuttaa segmentaaliseen demyelinisaatioon. Demyelinisaation rooli sarkopeniassa näyttäisi kuitenkin olevan vähäinen (Rolland ym. 2008). Ciciliot ym. (2013) mukaan myös hermolihasliitoksissa tapahtuvien muutosten voivan vaikuttavaa lihasten surkastumiseen.
Sarkopenia korreloi myös kudoksen uusiutumiskyvyn kanssa (Sousa-Victor ym. 2015).
Luurankolihaksen luontaisesta ylläpidosta ja korjauksesta vastaavat luurankolihasten sisäiset kantasolut, satelliittisolut (Lightfoot ym. 2014). Luustolihasten satelliittisoluilla näyttäisikin olevan osansa sarkopeniaprosessissa (Snijders ym. 2009). Uudistumiskyky heikkenemisen onkin oletettu johtuvan juuri satelliittisolujen määrän ja aktiivisuuden laskusta (Volpi ym.
2004; Lightfoot ym. 2014). Vähäkalorinen ruokavalio ja liikunta voivat parantaa kantasolujen, kuten lihaksen satelliittisolujen, aktiivisuutta (Sousa-Victor ym. 2015). Snijders ym. (2009) mukaan näyttäisi siltä, että sekä voima- että kestävyysharjoittelu vaikuttaa positiivisesti
38
luustolihasten satelliittisolujen määrään, erityisesti tyypin II lihassoluissa. Lisäksi satelliittisolujen aktivaatio ja proliferaatiotekijät kasvavat (Snijders ym. 2009).